起重機工作機構(gòu)安全技術(shù).ppt

第五章起重機工作機構(gòu)安全技術(shù) 第一節(jié)起升機構(gòu)第一單元起升機構(gòu)的組成與工作原理第二單元起升機構(gòu)安全設(shè)計計算第二節(jié)運行機構(gòu)第一單元運行機構(gòu)的組成第二單元軌道式運行機構(gòu)的類型第三單元軌道式運行機構(gòu)的計算第三節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)第一單元旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的組成型式第二單元旋轉(zhuǎn)支承裝置的載荷第三單元旋轉(zhuǎn)支承裝置的連接計算第四單元旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的驅(qū)動裝置第四節(jié)變幅機構(gòu)第一單元變幅機構(gòu)的分類第二單元變幅機構(gòu)的變幅阻力第三單元變幅驅(qū)動機構(gòu)的計算原則 起升機構(gòu)的組成與工作原理起升機構(gòu)用來實現(xiàn)物料垂直升降 是任何起重機不可缺少的部分 因而是起重機最主要 也是最基本的機構(gòu) 起升機構(gòu)的安全狀態(tài) 是防止起重事故的關(guān)鍵 將直接地關(guān)系到起重作業(yè)的安全 1 起升機構(gòu)組成起升機機構(gòu)由驅(qū)動裝置 傳動裝置 卷繞系統(tǒng) 取物裝置 制動器及其他安全裝置等組成 不同種類的起重機需配備不同的取物裝置 其驅(qū)動裝置亦有不同 但布置方式基本上相同 典型起升機構(gòu)平面布置見圖8 1 圖8 1起升機構(gòu)傳動簡圖1 電動機2 聯(lián)軸器3 制動器4 減速器5 聯(lián)軸器6 卷筒7 鋼絲繩8 吊鉤滑輪組9 上升極限位置限制器 起重量超過10t時 常設(shè)兩個起升機構(gòu) 主起升機構(gòu) 大起重量 與副起升機構(gòu) 小起重量 一般情況下兩個機構(gòu)可分別工作 特殊情況下也可協(xié)同工作 副鉤起重量一般取主鉤起重量的20 30 1 驅(qū)動裝置 大多數(shù)起重機采用電動機驅(qū)動 布置 安裝和檢修都很方便 流動式起重機 如汽車起重機 輪胎起重機等 以內(nèi)燃機為原動力 傳動與操縱系統(tǒng)比較復(fù)雜 2 傳動裝置 包括減速器 聯(lián)軸器和傳動軸 減速器常用封閉式的臥式標(biāo)準(zhǔn)兩級或三級圓柱齒輪減速器 起重量較大者有時增加一對開式齒輪以獲得低速大力矩 為補償?shù)踺d后小車架的彈性變形給機構(gòu)工作可靠性帶來的影響 通常采用有補償性能的彈性柱銷聯(lián)軸器或齒輪聯(lián)軸器 有些起升機構(gòu)還采用浮動軸 也稱補償軸 來提高補償能力 方便布置并降低磨損 3 卷繞系統(tǒng) 它指的是卷筒和鋼絲繩滑輪組 橋架類型起重機采用雙聯(lián)滑輪組 單聯(lián)滑輪組一般用于臂架類型起重機 4 取物裝置 它是根據(jù)被吊物料的種類 形態(tài)不同 采用不同種類的取物裝置 取物裝置種類繁多 使用量最大的是吊鉤 5 制動器及安全裝置 制動器既是機構(gòu)工作的控制裝置 又是安全裝置 因此是安全檢查的重點 起升機構(gòu)的制動器必須是常閉式的 電動機驅(qū)動的起重機常用塊式制動器 流動式起重機采用帶式制動器 近幾年采用了盤式制動器 一般起重機的起升機構(gòu)只裝配一個制動器 通常裝在高速軸上 也有裝在與卷筒相連的低速軸上 吊運熾熱金屬或其他危險品 以及發(fā)生事故可能造成重大危險或損失的起升機構(gòu) 每套獨立的驅(qū)動裝置都要裝設(shè)兩套支持制動器 制動器經(jīng)常利用聯(lián)軸器的一個半體兼作制動輪 即使聯(lián)軸器損壞 制動器仍能起安全保護(hù)作用 此外 起升機構(gòu)還配備起重量限制器 上升極限位置限制器 排繩器等安全裝置 2 起升機構(gòu)的工作原理電動機通過聯(lián)軸器 和傳動軸 與減速器的高速軸相連 減速器的低速軸帶動卷筒 吊鉤等取物裝置與卷繞在卷筒上的省力鋼絲繩滑輪組連接起來 當(dāng)電動機正反兩個方向的運動傳遞給卷筒時 通過卷筒不同方向的旋轉(zhuǎn)將鋼絲繩卷入或放出 從而使吊鉤與吊掛在其上的物料實現(xiàn)升降運動 這樣 將電動機輸入的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為吊鉤的垂直上下的直線運動 常閉式制動器在通電時松閘 使機構(gòu)運轉(zhuǎn) 在失電情況下制動 使吊鉤連同貨物停止升降 并在指定位置上保持靜止?fàn)顟B(tài) 當(dāng)滑輪組升到最高極限位置時 上升極限位置限制器被觸碰面動作 使吊鉤停止上升 當(dāng)?shù)踺d接近額定起重量時 起重量限制器及時檢測出來 并給予顯示 同時發(fā)出警示信號 一旦超過額定值及時切斷電源 使起升機構(gòu)停止運行 以保證安全 起升機構(gòu)安全設(shè)計計算1 概述 1 起升機構(gòu)的設(shè)計計算過程 首先選擇設(shè)計參數(shù) 確定布置方案 通過計算選用標(biāo)準(zhǔn)零部件 如電動機 制動器 減速器 聯(lián)軸器與鋼絲繩等 對非標(biāo)準(zhǔn)零部件做強度 剛度等計算 最后進(jìn)行必要的驗算 2 起升機構(gòu)計算載荷特點是 物品起升或下降時 在驅(qū)動機構(gòu)上由鋼絲繩拉力產(chǎn)生的力矩單向作用且方向不變 物品懸掛系統(tǒng)由撓性鋼絲繩所組成 由物品慣性引起的附加力矩對機構(gòu)影響不大 機構(gòu)啟動或制動時間同穩(wěn)定運動時間相比是短暫的 因此 可將穩(wěn)定運動時的起升載荷作為機構(gòu)的計算載荷 3 設(shè)計參數(shù) 額定起重量Gn 起升高度H 起升速度Vn和工作級別 以及某些特殊要求 例如 起重機的使用場合 具體工作環(huán)境 如溫度 是否有化學(xué)腐蝕 防爆要求等 2 計算步驟 1 吊鉤與滑輪組 根據(jù)起重量選擇吊鉤 確定滑輪組倍率m和效率脫 2 選擇鋼絲繩 計算鋼絲繩所承受的最大靜拉力 即鋼絲繩分支的最大靜拉力 為 式中 PQ 額定起升載荷 指所有起升質(zhì)量的重力 包括允許起升的最大有效物品 取物裝置 如下滑輪組吊鉤 吊梁 抓斗 容器 起重電磁鐵等 懸掛撓性件以及其他在升降中的設(shè)備的質(zhì)量的重力 Z 繞上卷筒的鋼絲繩分支數(shù) 單聯(lián)滑輪組Z 1 雙聯(lián)滑輪組Z 2 m 滑輪組倍率 h 滑輪組的機械效率 計算鋼絲繩破斷拉力為 式中 n 安全系數(shù) 根據(jù)機構(gòu)工作級別查表確定 a 鋼絲繩折減系數(shù) 根據(jù)鋼絲繩型號查相關(guān)手冊 從鋼絲繩產(chǎn)品樣本中選用鋼絲繩直徑d 其破斷拉力總和Smax必須滿足要求 寫出鋼絲繩的完整型號標(biāo)記 驗算滑輪組直徑 式中 D0min 按鋼絲繩中心計算的滑輪和卷筒的允許的最小卷繞直徑 mm d 鋼絲繩直徑 mm h2 滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值 3 卷筒的尺寸與轉(zhuǎn)速 卷筒的直徑為 式中 D0 按鋼絲繩中心計算的卷筒的允許的最小卷繞直徑 mm h1 滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值 卷筒的轉(zhuǎn)速為 式中 nt 卷筒轉(zhuǎn)速 r min vq 額定起升速度 m min 4 起升靜功率為 式中 Pj 起升靜功率 kw PQ 起升載荷 N vq 額定起升速度 m min 起升時的總機械效率 t 卷筒的機械效率 c 減速器的機械效率 h 滑輪組的機械效率 5 選電動機 初選電動機 確定電動機容量的原則是 既要考慮滿足起升載荷所需要的足夠啟動力矩 又不能由于容量過大 使啟動過猛 而產(chǎn)生較大的慣性載荷 還要考慮防止容量不足 使電動機過熱損壞 由于起重機在作業(yè)期間并不總是處于滿載狀態(tài) 啟 制動時間與穩(wěn)定運行時間相比是短的 按機構(gòu)的靜功率和接電持續(xù)率初選電動機 然后校驗過載和發(fā)熱 式中 PJc 電動機在JC值時功率 kw G 穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù) 見表8 1 接電持續(xù)率JC值亦稱負(fù)載持續(xù)率 它表示在一個工作周期中負(fù)載 即通電 所持續(xù)的時間百分比 按下式計算 電動機的過載校驗 式中 Pn 基準(zhǔn)接電持續(xù)率時 電動機額定功率 kw M 基準(zhǔn)接電持續(xù)率時 電動機轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù) H 系數(shù) 按電壓有損失 最大轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩有允差 起升1 25倍額定載荷等條件確定 繞線型異步電動機取H 2 1 籠型異步電動機取H 2 2 直流電動機取H 1 4 6 減速器 減速器傳動比 因為 所以 式中 nd 在額定起升載荷作用下的電動機轉(zhuǎn)速 即相當(dāng)于Pj時的轉(zhuǎn)速 r min nt 卷筒轉(zhuǎn)速 r min vq 起升速度 m min 起升機構(gòu)減速器功率按起升靜功率Pj計算 根據(jù)Pj i nd 機構(gòu)工作級別 從標(biāo)準(zhǔn)減速器系列中選用合適的減速器型號 7 計算靜力矩 作用在卷筒軸上的靜力矩 式中 Mt 卷筒軸靜力矩 N m m 滑輪組倍率 t 卷筒的機械效率 h 滑輪組的機械效率 作用在電動機軸上的靜力矩 式中 Mj 電動機軸靜力矩 N m 起升時的總機械效率 下降時作用在電動機軸上的靜力矩 式中 M j 下降時電動機軸靜力矩 N m 8 制動器的選用 制動器的制動力矩必須大于由吊載產(chǎn)生的靜力矩 并具有足夠的安全裕度 式中 K 制動安全系數(shù) 根據(jù)所需制動力矩選取所需類型的標(biāo)準(zhǔn)制動器的規(guī)格 并可依據(jù)使用要求將制動力矩調(diào)整到所需的數(shù)值 9 啟動 制動時間的驗算 初選電動機和制動器的計算都是根據(jù)機構(gòu)穩(wěn)定運動狀態(tài)時的靜力計算 而起升機構(gòu)周期性頻繁啟 制動的工作特點 使機構(gòu)經(jīng)常作變速運動并受到慣性力的作用 必須把啟 制動時間控制在合理的范圍內(nèi) 從而控制因加速度太大對金屬結(jié)構(gòu)和機械帶來很大的動力載荷 啟動時間驗算 機構(gòu)啟動時 電動機的啟動力矩使原來靜止的質(zhì)量開始運動 一部分克服靜阻力矩 另一部分使運動質(zhì)量 包括轉(zhuǎn)動質(zhì)量和直線運動質(zhì)量 加速 啟動力矩為 啟動時間為 式中 Mj 靜力矩 即穩(wěn)定運動時的阻力矩 N m Mq 啟動力矩 N m 計算時取其平均值 推薦的平均啟動力矩 見表8 2 Mg 在加速過程中運動質(zhì)量 包括轉(zhuǎn)動質(zhì)量和直線運動質(zhì)量 引起的慣性力矩 N m J 起升時換算到電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 N m2 Jg 高速軸上旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量 包括電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量與高速軸上聯(lián)軸器和制動輪的轉(zhuǎn)動慣量 N m2 若采用飛輪矩GD2 則按GD2 4換算 tq 啟動時間 s 1 15 考慮高速軸以外其他旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量 表8 2電動機平啟起動力矩 對于一般起升速度不太大的起重機 tq 0 5 2s 對于起升速度大于0 5m s的裝卸起重機 tq 3 4S 起重量小的起重機 啟動時間應(yīng)短些 起重量大的可稍長些 可根據(jù)平均加 減 速度ap判斷啟動時間是否合適 作為精密安裝 吊運熔化金屬或危險品時 要求運動平穩(wěn)取小值 ap 0 lm s2 一般車間 倉儲用起重機 ap 0 2m s2 高生產(chǎn)率起重機對平穩(wěn)性無嚴(yán)格要求時可取較大值 ap 0 5 0 8m s2 制動時間 通常是按下降時的制動時間計算 式中 n d 額定起升載荷下降時電動機的轉(zhuǎn)速 r min 無特殊要求時 通常制動時間取tz tq 運行機構(gòu)的組成運行機構(gòu)是使起重機或起重小車作水平直線運動的機構(gòu) 工作性運行機構(gòu)主要用于水平運移物品 非工作性運行機構(gòu)只是用來調(diào)整起重機 小車 的工作位置 在專門鋪設(shè)的軌道上運行的稱為有軌運行機構(gòu) 其突出特點是負(fù)載大 運行阻力小 但作業(yè)范圍受軌道限制 無軌運行機構(gòu)采用輪胎或履帶 可以在普通道路上行走 其良好的機動性擴大了起重作業(yè)的選擇范圍 本節(jié)以軌道式運行機構(gòu)為主 介紹運行機構(gòu)安全技術(shù) 起重機運行機構(gòu)由驅(qū)動裝置 運行支承裝置和安全裝置組成 1 運行驅(qū)動裝置運行驅(qū)動裝置包括原動機 傳動裝置 傳動軸 聯(lián)軸器和減速器等 和制動器 大多數(shù)運行機構(gòu)采用電動機 流動式起重機則為內(nèi)燃機 有的鐵路起重機使用蒸汽機 自行式運行機構(gòu)的驅(qū)動裝置全部設(shè)置在運行部分上 驅(qū)動力主要來自主動車輪或履帶與軌道或地面的附著力 牽引式運行機構(gòu)采用外置式驅(qū)動裝置 通過鋼絲繩牽引運行部分 因此可以沿坡度較大軌道運行 并獲得較大的運行速度 2 運行支承裝置軌道式起重機和小車的運行支承裝置主要是鋼制車輪組與軌道 車輪以踏面與軌道頂面接觸并承受輪壓 大車運行機構(gòu)多采用鐵路鋼軌 當(dāng)輪壓較大時采用起重機專用鋼軌 小車運行機構(gòu)的鋼軌采用方鋼或扁鋼 直接鋪設(shè)在金屬結(jié)構(gòu)上 車輪組由車輪 軸與軸承箱等組成 為防止車輪脫軌而帶有輪緣 以承受起重機的側(cè)向力 車輪的輪緣有雙輪緣 單輪緣及無輪緣三種 見圖8 2 一般起重機大車主要采用雙輪緣車輪 一些重型起重機 除采用雙輪緣車輪外還要加裝水平輪 以減輕起重機歪斜運行時輪緣與軌道側(cè)面的接觸磨損 軌距較小的起重機或起重小車廣泛采用單輪緣車輪 輪緣在起重機軌道外側(cè) 如果有導(dǎo)向裝置 可以使用無輪緣車輪 在大型起重機中 為了降低車輪的壓力 提高傳動件和支承件的通用化程度 便于裝配和維修 常采用帶有平衡梁的車輪組 無軌式起重機運行支承裝置是輪胎或履帶裝置 圖8 2車輪型式 a 雙輪緣 b 單輪緣 c 無輪緣 單主梁門式起重機的小車運行機構(gòu)常見有垂直反滾輪 見圖8 3 和水平反滾輪 見圖8 4 的結(jié)構(gòu)型式 車輪一般是無輪緣的 為防止小車傾翻 必須裝有安全鉤 圖8 3垂直反滾輪式單主梁小車 圖8 4水平反滾輪式單主梁小車 3 安全裝置運行機構(gòu)的安全裝置有行程限位開關(guān) 防風(fēng)抗滑裝置 緩沖器和軌道端部止擋 以防止起重機或小車超行程運行脫軌 防止室外起重機被強風(fēng)刮跑造成傾覆 4 運行機構(gòu)的工作原理電動機的原動力通過聯(lián)軸器 和傳動軸 傳遞給減速器 經(jīng)過減速器的減速增力作用 帶動車輪轉(zhuǎn)動 驅(qū)動力靠主動車輪輪壓與軌道之間的摩擦產(chǎn)生的附著力 因此 必須要驗算主動輪的最小輪壓 以確保足夠的驅(qū)動力 運行機構(gòu)的制動器使處于不利情況下的起重機或小車 在限定的時間內(nèi)停止運行 軌道式運行機構(gòu)的類型軌道式運行機構(gòu)有集中驅(qū)動和分別驅(qū)動兩類 1 集中驅(qū)動集中驅(qū)動是由一個電動機通過傳動軸帶動兩邊車輪驅(qū)動 見圖8 5 有低速軸集中驅(qū)動 見圖8 5a 高速軸集中驅(qū)動 見圖8 5b 和中速軸集中驅(qū)動 見圖8 5c 這種驅(qū)動方式對橋架水平剛性要求不高 但對走臺剛性要求較高 低速軸驅(qū)動工作可靠 但自重較大 高速軸驅(qū)動傳動軸雖輕 但對安裝要求高 中速軸驅(qū)動機構(gòu)復(fù)雜 分組性差 圖8 5集中驅(qū)動 a 低速軸集中驅(qū)動 b 高速軸集中驅(qū)動 c 中速軸集中驅(qū)動 2 分別驅(qū)動分別驅(qū)動是由兩套獨立的無機械聯(lián)系的運動機構(gòu)組成 見圖8 6 省去了中間傳動軸 自重輕 部件的分組性好 安裝和維修方便 與集中驅(qū)動相比 分別驅(qū)動起重機運行較穩(wěn)定 在起重機運行機構(gòu)上得到廣泛采用 圖8 6分別驅(qū)動 對于大車運行機構(gòu) 集中驅(qū)動只用于小跨度的起重機 大跨度起重機則廣泛采用分別匯動型式 小車運行機構(gòu)大多采用低速軸集中驅(qū)動 見圖8 7 圖8 7車輪型式l一電動機 2一制動器 3一減速器 4一傳動軸 5一聯(lián)軸節(jié) 6一角軸承架 7一車輪 軌道式運行機構(gòu)的計算1 運行阻力計算運行靜阻力包括摩擦阻力 坡度阻力和風(fēng)阻力 摩擦阻力包括車輪沿軌道滾動的摩擦力 車輪軸承內(nèi)的摩擦阻力 以及車輪輪緣與軌道側(cè)面的附加摩擦阻力 1 運行摩擦阻力 車輪軸承內(nèi)的摩擦阻力為 車輪滾動摩擦阻力為 總摩擦阻力為車輪軸承摩擦力P1 車輪的滾動摩擦阻力P2 以及車輪輪緣與軌道間的摩擦力P3之和 P3一般是用P1 P2兩種基本摩擦阻力之和乘以附加系數(shù)來考慮的 則運行摩擦阻力為 令 式中 Pf 總摩擦阻力 kN PG 運行部分自重載荷 kN PQ 起升載荷 N P 輪壓 kN D 車輪直徑 mm d 車輪軸樞直徑 mm 車輪軸承摩擦系數(shù) 滑動軸承 0 015 滾動軸承 0 0006 附加摩擦阻力系數(shù) f一一車輪的滾動摩擦系數(shù) mm 見表8 3 表8 3滾動自控系數(shù) 2 風(fēng)阻力為 式中 C 風(fēng)力系數(shù) Kh 風(fēng)壓高度變化系數(shù) q 計算風(fēng)壓 N m2 A 起重機或物品垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積 m2 3 坡度阻力為 表8一4超直機坡度阻力系數(shù)值 2 運行驅(qū)動機構(gòu)的計算運行驅(qū)動機構(gòu)計算的內(nèi)容主要包括電動機 制動器選擇以及打滑驗算等 1 初選電動機 按運行靜阻力 運行速度及機構(gòu)效率計算機構(gòu)運行的靜功率 根據(jù)運行機構(gòu)靜功率和接電持續(xù)率初選電動機 然后校驗電動機過載和發(fā)熱 并控制加速度值 PJC Ps 式中 Ps 運行機構(gòu)靜功率 kw G 機構(gòu)穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù) 由機構(gòu)的載荷狀態(tài)決定 按表8 5選取 m 驅(qū)動電動機個數(shù) Pr 起重機 或小車 穩(wěn)態(tài)運行時的靜阻力 kN vy 機構(gòu)運行速度 m s 運行機構(gòu)總傳動效率 臥式齒輪箱取 0 95 立式齒輪箱取 0 90 PJC 電動機在相應(yīng)的JC值條件下的額定輸出容量 kw 表8一5穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù) 電動機必須校驗過載和發(fā)熱 并控制加速度 2 驗算主動輪打滑 為了使起重機運行時可靠地啟動或制動 應(yīng)分別對驅(qū)動輪作啟動和制動時的打滑驗算 打滑或使主動輪空轉(zhuǎn)動 起重機運行不起來 或主動輪邊走邊滑 達(dá)不到額定速度 這樣 不僅影響起重機正常工作 造成車輪的磨損 還會出現(xiàn)制動時溜車 引發(fā)事故 運行機構(gòu)正常工作的條件是 運行機構(gòu)啟動或制動時 主動輪不應(yīng)打滑 即主動輪與軌道之間驅(qū)動力小于它們之間的最大摩擦力 也稱附著力或粘著力 小車空載時起重機容易發(fā)生打滑 對于有懸臂的龍門起重機 當(dāng)滿載小車在起重機一側(cè)懸臂端時 其對面的側(cè)驅(qū)動輪較易打滑 按空載啟動工況最小輪壓對運行機構(gòu)進(jìn)行打滑驗算 式中 鋼制車輪與軌道的粘著系數(shù) 室內(nèi)起重機 0 15 室外 0 12 K 粘著安全系數(shù) K 1 車輪軸承摩擦系數(shù) 滑動軸承 0 08 0 1 滾動軸承 0 015 0 02 Pmin 運行機構(gòu)驅(qū)動輪的最小輪壓 D 車輪直徑 mm d 車輪軸承摩擦直徑 g 重力加速度 ap 起重機 或小車 啟動時的平均加速度 Mq 電動機的啟動力矩 3 制動器選擇 運行機構(gòu)制動器的制動力矩加上運行摩擦阻力 不包括輪緣與軌頭側(cè)面的摩擦阻力 應(yīng)該滿足兩個條件 在滿載 順風(fēng) 下坡的不利情況下 起重機或小車在限定的時間內(nèi)停住 在空載 無風(fēng)的有利條件下 制動時間不過短 不打滑 所要求的制動時間按起重機工作條件決定 按表8 6選取 表8 6制動時間 按滿載 順風(fēng) 下坡的不利條件制動時間不過長 確定制動器最小制動力矩Mzhmin 式中 m 運行機構(gòu)制動器個數(shù) 集中驅(qū)動時m 1 分別驅(qū)動時m 2 按空載主動輪打滑為驗算條件 確定制動器的最大制動力矩Mzhmax 式中 K 制動粘著安全系數(shù) 一般取K 1 2 制動時傳動效率 運行機構(gòu)的制動器的制動力矩須滿足 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的組成型式旋轉(zhuǎn)機構(gòu)是臂架起重機的主要工作機構(gòu)之一 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的作用是使旋轉(zhuǎn)部分相對于非旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動 達(dá)到在水平面上沿圓弧方向搬運物料的目的 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)與變幅機構(gòu) 運行機構(gòu)配合運行 可使起重作業(yè)范圍擴大 旋轉(zhuǎn)式起重機的旋轉(zhuǎn)速度隨其用途而定 旋轉(zhuǎn)式起重機的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由旋轉(zhuǎn)支承裝置與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置兩大部分組成 旋轉(zhuǎn)支承裝置用來將起重機旋轉(zhuǎn)部分支持在固定部分上 為旋轉(zhuǎn)部分提供必要的回轉(zhuǎn)約束 并承受起重載荷所引起的垂直力 水平力與傾翻力矩 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置用來驅(qū)動起重機旋轉(zhuǎn)部分相對于固定部分的回轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)支承裝置主要有以下兩大類 柱式 又可分為轉(zhuǎn)柱式和定柱式 和轉(zhuǎn)盤式 轉(zhuǎn)柱式旋轉(zhuǎn)支承裝置的特點是具有一個與起重機轉(zhuǎn)動部分作成一體的大轉(zhuǎn)柱 轉(zhuǎn)柱插入固定部分 借上下支座支持并與起重機轉(zhuǎn)動部分一起回轉(zhuǎn) 定柱式旋轉(zhuǎn)支承裝置有一個牢固安裝在非旋轉(zhuǎn)部分上的定柱 帶起重臂的旋轉(zhuǎn)部分通過空心的鐘形罩套裝在定柱上 轉(zhuǎn)盤式旋轉(zhuǎn)支承裝置類型很多 其結(jié)構(gòu)的共同特征是起重機的旋轉(zhuǎn)部分裝配在一個大圓盤上 轉(zhuǎn)盤通過滾動體 如滾輪 滾珠或滾子 支承在固定部分上 并與轉(zhuǎn)動部分一起回轉(zhuǎn) 滾動軸承轉(zhuǎn)盤式是目前常用的一種類型 廣泛用于各種臂架起重機 其結(jié)構(gòu)特點是 整個旋轉(zhuǎn)支承裝置是一個大型滾動軸承 由良好密封和潤滑的座圈和滾動體構(gòu)成 見圖8 8 滾動體可以是滾珠或滾子 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的大齒圈與座圈制成一體 與小齒輪內(nèi)嚙合或外嚙合 借助螺栓 20 50個 的連接 內(nèi)座圈與轉(zhuǎn)臺相聯(lián)構(gòu)成旋轉(zhuǎn)部分 底架與外座圈相連構(gòu)成起重機的固定部分 圖8 8滾動軸承式旋轉(zhuǎn)支承裝置結(jié)構(gòu) a 四點接觸滾珠式 b 交叉滾子軸承式 典型的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置通過電動機 減速器 制動器 以及最后一級大齒輪 使旋轉(zhuǎn)部分實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動 旋轉(zhuǎn)支承裝置的載荷回轉(zhuǎn)支承裝置應(yīng)按不同載荷組合 進(jìn)行不同類別的載荷計算 見表8 7 三種載荷組合及所代表的起重機工況是 P 表8一7起直機回轉(zhuǎn)支承裝置的計算載荷 注 PQX 等效起升載荷 作用在等效幅度L 0 7 0 8 Lmax上 2 起升載荷動載系數(shù) a 吊重繩對地面垂直線的偏角 a 是求等效載荷時的偏擺角 a 是求強度載荷時的最大偏擺角 考慮了偏角之后 就不應(yīng)再另行考慮物品上的風(fēng)力和水平慣性力 Pw Pw 分別表示工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)下的最大風(fēng)載荷 起重機允許的最大坡角 1 工作狀態(tài)正常載荷 I類載荷 工作狀態(tài)正常載荷即等效載荷 進(jìn)行疲勞強度 磨損或發(fā)熱計算 等效載荷 是指起重機處于等效幅度 0 7 0 8 Lmax上 起吊等效起重量 臂架位于沿起重機最大傾角方向進(jìn)行回轉(zhuǎn)機構(gòu)平穩(wěn)制動 起升鋼絲繩有正常偏角a 無風(fēng) 2 工作狀態(tài)最大載荷 類載荷 工作狀態(tài)最大載荷即強度載荷 進(jìn)行強度計算 強度載荷可能出現(xiàn)的兩種載荷組合工況 分別計算后 取大者作為強度載荷 組合 a 指起重機處于最大幅度Lmax上 臂架位于沿起重機最大傾角方向 從地面滿速突然起升額定起重量 組合 b 指臂架位于沿起重機最大傾角方向 以最大鋼絲繩偏角a 吊額定起重量 同時進(jìn)行變幅和回轉(zhuǎn)機構(gòu)的猛烈啟 制 動 組合 a和組合 b都要考慮工作狀態(tài)最大風(fēng)載荷 風(fēng)沿著臂架由后向前吹 3 非工作狀態(tài)最大載荷 類載荷 非工作狀態(tài)最大載荷即驗算載荷 進(jìn)行強度計算的載荷 驗算載荷 指起重機處于最小幅度 對重位于沿起重機最大傾角方向 非工作狀態(tài)最大風(fēng)載荷沿著臂架由前向后吹 作用在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上的所有載荷綜合為垂直力 總水平力和繞x y z軸的三個力矩 其中繞z軸的力矩由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置承受 旋轉(zhuǎn)支承裝置的計算載荷是 總垂直力V Vi總水平力H Hi總力矩 對于滾動軸承轉(zhuǎn)盤式旋轉(zhuǎn)支承裝置 滾動體上的載荷分布見圖8 9 圖8 9滾動體上載荷分布示意圖 旋轉(zhuǎn)支承裝置的連接計算滾動軸承轉(zhuǎn)盤式旋轉(zhuǎn)支承裝置的內(nèi) 外座圈各有一圈螺栓分別與回轉(zhuǎn)部分或車架支承部分相連 回轉(zhuǎn)部分上的全部載荷通過螺栓傳至支承裝置座圈 經(jīng)滾動體傳到另一座圈上 再經(jīng)螺栓傳至車架 因此 連接螺栓的可靠性是回轉(zhuǎn)支承裝置正常工作的保證 作用在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上的水平力H由內(nèi)外座圈與轉(zhuǎn)臺和底架的圓柱定位面承受 垂直力V和傾翻力矩wr是由連接螺栓承受 螺栓在安裝時有一定的預(yù)緊力 其作用是提高螺栓的疲勞強度 防止連接構(gòu)件的結(jié)合面產(chǎn)生間隙在受載時造成沖擊 連接螺栓在脈動載荷下 不應(yīng)松動 并保持回轉(zhuǎn)支承裝置與回轉(zhuǎn)平臺或車架的整體性 1 載荷在連接螺栓上的分配規(guī)律設(shè)在每一座圈上有n個連接螺栓 垂直力V對連接螺栓起壓和作用 壓應(yīng)力均勻分布在螺栓上 見圖8 10 傾翻力矩M使轉(zhuǎn)臺以O(shè) O為軸線 一側(cè)螺栓受力為壓力 另一側(cè)的為拉力 計算螺栓受到的最大外力要考慮垂直力V和傾翻力矩M共同作用的效果 由于連接螺栓數(shù)量較多 可將載荷視為沿螺栓中心圈周方向的分布載荷 即單位長度載荷 螺栓受載與中心螺栓到軸線O O距離成正比 圖8 10連接螺栓受力圖 1 在傾翻力矩M作用下 單位長度載荷 根據(jù)力的平衡原理 有 作用在螺栓上M引起的最大載荷 式中 PM 螺栓中心分布的圓周上單位長度上的載荷 相鄰螺栓在分布圓周上的中心角 Z 螺栓的數(shù)量 D 螺栓中心分布圓直徑 t 螺栓間距 2 在垂直力V的作用下 V均勻分布在螺栓上的載荷 3 在垂直力V與傾翻力矩M共同作用下 螺栓受到的載荷 4 考慮螺栓受力變形后的載荷 隨著臂架的圓周運動 每一個連接螺栓都經(jīng)過軸向受壓到受拉的交變力作用 螺栓與被連接構(gòu)件受力與變形見圖8 11 在圖8 11b中 曲線 為螺栓彈性 曲線 為被連接構(gòu)件彈性 圖8 11螺栓載荷與變形分析 當(dāng)工作載荷P 0時 螺栓所受載荷為預(yù)緊力P0 A點 變形伸長量為 0 被連接件變形壓縮量 0 當(dāng)工作載荷P 0時 螺栓受拉力增加 實際受拉力為P1 P0 P1 A點 變形量為 0 1 被連接件變形量為 0 1 殘余鎖緊力為P2 P0 P2 此時螺栓受到的總拉力為外力與被連接件的殘余鎖緊力之和 即 所以 螺栓的最大拉力 式中 X 與螺栓和被連接件剛度有關(guān)的載荷系數(shù) CI 被連接件剛度系數(shù) C 螺栓的剛度系數(shù) P0 螺栓預(yù)緊力 螺栓連接是保證旋轉(zhuǎn)支承裝置安全工作的重要部分 螺栓的破壞將導(dǎo)致起重機旋轉(zhuǎn)部分傾覆的事故 螺栓連接計算 主要是根據(jù)螺栓所受的最大靜拉力進(jìn)行抗拉強度計算 然后校核其疲勞強度 螺栓常見的破壞形式是螺桿產(chǎn)生裂紋 甚至被拉斷 就破壞性質(zhì)來說 大部分是因材料的疲勞所致 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的驅(qū)動裝置1 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的傳動型式起重機的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)常用的有下列四種機械驅(qū)動裝置 圖8 12 臥式電動機與圓柱圓錐齒輪傳動 圖8 12a 臥式電動機與蝸輪減速器傳動 圖8 12b 立式電動機 與立式圓柱齒輪減速器傳動 圖8 12c 立式電動機與行星減速器傳動 圖8 12d 圖8 12連接螺栓受力圖 2 計算原則 1 電動機的選擇 根據(jù)機構(gòu)穩(wěn)定運動時的等效靜阻力矩 回轉(zhuǎn)速度和機構(gòu)效率計算機構(gòu)的等效功率 根據(jù)機構(gòu)的等效功率和接電持續(xù)率初選電動機 然后核驗電動機的過載和發(fā)熱 等效靜阻力矩包括摩擦阻力矩 正常工作狀態(tài)下的等效風(fēng)阻力矩和等效坡度阻力矩 2 驗算旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的啟動加速度 使起重機回轉(zhuǎn)臂架頭部的切向加 減 速度不大于下列推薦值 根據(jù)起重量大小 回轉(zhuǎn)速度較低的安裝用起重機為0 1 0 3m s2 s的平方 回轉(zhuǎn)速度較高的裝卸用起重機為0 8 1 2m s2平方 起重量大者取小值 3 制動器的選擇 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)直采用可操縱的常開式制動器 在非工作狀態(tài)下 使臂架的迎風(fēng)面積最小 在最不利工作狀態(tài)和最大回轉(zhuǎn)半徑時 其制動力矩應(yīng)能使旋轉(zhuǎn)部分停住 4 極限力矩限制器 它是旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的安全裝置 當(dāng)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)劇烈啟 制動 或由于操作不當(dāng)臂架碰到障礙物等原因 使傳遞力矩過大 可能造成電動機和傳動零件過載損壞時 力矩限制器通過摩擦連接的相對摩擦滑動達(dá)到保護(hù)作用 極限力矩限制器的工作原理如圖8 13所示 空套在軸1上的蝸輪2與內(nèi)錐盤3固定連接 外錐盤4通過鍵與軸1同步動作 蝸桿蝸輪的力矩是借助內(nèi) 外錐盤的圓錐形接合面間的摩擦力傳給軸1的 摩擦面間的壓緊力由彈簧5產(chǎn)生 彈簧力的大小按需要傳遞的力短用螺母6來調(diào)節(jié) 當(dāng)軸1上的阻力矩過大時 極限力矩聯(lián)軸器的摩擦面就開始滑動 從而起到安全保護(hù)作用 圖8 13帶極限力矩聯(lián)軸器的傳動裝置1 軸2 蝸輪3 內(nèi)墜盤4 外錐盤5 彈簧6 螺母 變幅機構(gòu)的分類變幅機構(gòu)是臂架起重機用來改變作業(yè)幅度 使吊運物品沿臂架徑向水平位移的機構(gòu) 幅度是臂架起重機的重要參數(shù) 對于回轉(zhuǎn)類起重機 指從取物裝置中心線到起重機旋轉(zhuǎn)中心線的水平距離 對于非回轉(zhuǎn)的臂架型起重機 則是從取物裝置中心線到臂架鉸軸的水平距離 或其他典型軸線的距離 臂架是變幅機構(gòu)主要受力金屬結(jié)構(gòu) 除了自身的結(jié)構(gòu)重力 還要承受整個起升載荷力 臂架的破壞 折臂或墜臂 會導(dǎo)致重大起重事故 從安全角度講 變幅機構(gòu)和起升機構(gòu)同樣是安全控制的重點 不同種類的臂架起重機使變幅機構(gòu)有多種類型 1 按作業(yè)要求分類根據(jù)作業(yè)要求不同 變幅機構(gòu)分為調(diào)整性變幅與工作性變幅兩種 1 調(diào)整性 也稱為非工作性 變幅機構(gòu)主要任務(wù)是調(diào)整工作位置 僅在空載條件下變幅到適宜的幅度 在升降物料的過程中 幅度不再變化 例如 流動式起重機受穩(wěn)定性限制 吊載過程中不允許變幅 工作特征是變幅次數(shù)少 速度低 2 工作性變幅機構(gòu)可帶載變幅 從而擴大起重作業(yè)面積 主要特征是變幅頻繁 變幅速度較高 對裝卸生產(chǎn)率有直接影響 機構(gòu)的驅(qū)動功率越大 機構(gòu)相對越復(fù)雜 2 按變幅方式分類變幅機構(gòu)按變幅方式不同 分為運行小車式和俯仰臂架式 1 運行小車式的小車可以沿臂架往返運行 變幅速度快 裝卸定位準(zhǔn)確 常用于工作性變幅 見圖8 14a 又可分為小車自行式和牽引小車式兩種 長臂架的塔式起重機常采用牽引小車式變幅 2 俯仰臂架式變幅機構(gòu)通過臂架繞固定鉸軸在垂直平面內(nèi)俯仰來改變傾角 從而改變幅度 它被廣泛應(yīng)用于各類臂架式起重機 按動臂和驅(qū)動裝置之間的連接方式不同 又可分為鋼絲繩滑輪組牽引的燒性變幅機構(gòu)和通過齒條或液壓油缸驅(qū)動的剛性變幅機構(gòu) 圖8 14b 液壓汽車起重機的臂架還制成可伸縮的 使變幅范圍擴大 圖8 14變幅方式 a 運行小車式 b 吊臂俯仰擺動式 3 按性能要求分類變幅機構(gòu)按性能要求不同 按在變幅過程中臂架重心是否升降 還可進(jìn)一步分為平衡性變幅機構(gòu)和非平衡性變幅機構(gòu) 1 非平衡變幅 通過擺動臂架完成水平運移物品時 臂架和物品的重心都要升高或降低 需要耗費很大的驅(qū)動功率 而在增大幅度時 則引起較大的慣性載荷 影響使用性能 因此 非平衡變幅大多在非工作性變幅時應(yīng)用 2 平衡變幅 工作性變幅采用各種方法 使起重機在變幅過程中物品的重心沿水平線或近似水平線移動 而臂架系統(tǒng)自重由活動平衡重所平衡 這樣節(jié)約驅(qū)動功率 并使操作平穩(wěn)可靠 變幅機構(gòu)的變幅阻力變幅機構(gòu)計算是根據(jù)不同工況下的變幅阻力分析為基礎(chǔ)的 變幅阻力有 1 變幅過程中被吊物品非水平位移所引起的變幅阻力 2 臂架系統(tǒng)自重未能完全平衡引起的變幅阻力 3 吊載的起升繩偏斜產(chǎn)生的變幅阻力 考慮風(fēng)載荷 離心力 變幅 回轉(zhuǎn)啟 制動所產(chǎn)生的慣性力等在物品上的綜合作用 4 作用在臂架系統(tǒng)上的風(fēng)載荷引起的變幅阻力 5 臂架系統(tǒng)在起重機回轉(zhuǎn)時的離心力引起的變幅阻力 6 由于起重機軌道存在坡度引起的變幅阻力 7 變幅過程中 臂架系統(tǒng)的徑向慣性力引起的變幅阻力 8 臂架鉸軸中的摩擦和補償滑輪組的效率引起的變幅阻力 在計算變幅驅(qū)動機構(gòu)時 這些阻力在變幅全過程中的各個不同幅度位置上是變化的 變幅驅(qū)動機構(gòu)的計算原則1 電動機的選擇變幅機構(gòu)的電動機根據(jù)正常工作狀態(tài)下 各種工況的均方根等效阻力矩之最大值計算等效功率 再根據(jù)等效功率和該機構(gòu)的接電持續(xù)率初選電動機 然后核驗電動機的過載和發(fā)熱 等效變幅阻力矩為正常工作狀態(tài)下根據(jù)相應(yīng)起重量在變幅全過程中各個不同幅度位置上的變幅阻力矩和相應(yīng)幅度區(qū)間的變幅時間